氫氣的發(fā)現(xiàn)史--- 紀(jì)念卡文迪許
1766年由卡文迪許（H.Cavendish）在英國(guó)發(fā)現(xiàn)。
在化學(xué)史上，人們把氫元素的發(fā)現(xiàn)與“發(fā)現(xiàn)和證明了水是氫和氧的化合物而非元素”這兩項(xiàng)重大成就，主要?dú)w功于英國(guó)化學(xué)家和物理學(xué)家卡文迪許（Cavendish，H.1731-1810）。
在化學(xué)史上，有一個(gè)與這些論文稿有關(guān)的有趣的故事?？ㄎ牡显S1785年做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他將電火花通過(guò)尋常空氣和氧氣的混合體，想把其中的氮全部氧化掉，產(chǎn)生的二氧化氮用苛性鉀吸收。實(shí)驗(yàn)做了三個(gè)星期，最后殘留下一小氣泡不能被氧化。他的實(shí)驗(yàn)記錄保存在留下的文稿中，后面寫(xiě)道：“空氣中的濁氣不是單一的物質(zhì)（氮?dú)猓?，還有一種不與脫燃素空氣（氧）化合的濁氣，總量不超過(guò)全部空氣的1/12.一百多年后，1892年，英國(guó)劍橋大學(xué)的物理學(xué)家瑞利（Ragleigh，L.1842-1919）測(cè)定氮的密度時(shí)，發(fā)現(xiàn)從空氣得來(lái)的氮比從氨氧化分解產(chǎn)生的氮每升重0.0064克，百思不得其解?；瘜W(xué)家萊姆塞（Ramsay，W.1852-1916）認(rèn)為來(lái)自空氣的氮?dú)饫锩婺芎幸环N較重的未知?dú)怏w。這時(shí)，化學(xué)教授杜瓦（Duvel，J.1842-1923）向他們提到劍橋大學(xué)的老前輩卡文迪許的上述實(shí)驗(yàn)和小氣泡之謎。他們立即把卡文迪許的科學(xué)資料借來(lái)閱讀，瑞利重復(fù)了卡文迪許當(dāng)年的實(shí)驗(yàn)，很快得到了小氣泡。萊姆塞設(shè)計(jì)了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)，除去空氣中的水蒸氣、二氧化碳、氧氣和氮?dú)夂?，也得到了這種氣體，密度比氮?dú)獯?，用分光鏡檢查后，肯定這是一種新的元素，取名氬。這樣，卡文迪許當(dāng)年的工作在1894年元素氬的發(fā)現(xiàn)中起了重要作用。從這個(gè)故事可看出卡文迪許嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)和他對(duì)化學(xué)的重大貢獻(xiàn)。1871年，劍橋大學(xué)建立了一座物理實(shí)驗(yàn)室，以卡文迪許的名字命名，這就是著名的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，它在幾十年內(nèi)，一直是世界現(xiàn)代物理學(xué)的一個(gè)重要研究中心。
在18世紀(jì)末以前，曾經(jīng)有不少人做過(guò)制取氫氣的實(shí)驗(yàn)，所以實(shí)際上很難說(shuō)是誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了氫，即使公認(rèn)對(duì)氫的發(fā)現(xiàn)和研究有過(guò)很大貢獻(xiàn)的卡文迪許本人也認(rèn)為氫的發(fā)現(xiàn)不只是他的功勞。早在16世紀(jì)，瑞士著名醫(yī)生帕拉塞斯就描述過(guò)鐵屑與酸接觸時(shí)有一種氣體產(chǎn)生；17世紀(jì)時(shí)，比利時(shí)著名的醫(yī)療化學(xué)派學(xué)者海爾蒙特（van Helmont，J.B.1579-1644）曾偶然接觸過(guò)這種氣體，但沒(méi)有把它離析、收集起來(lái)；波義耳雖偶然收集過(guò)這種氣體，但并未進(jìn)行研究。他們只知道它可燃，此外就很少了解；1700年，法國(guó)藥劑師勒梅里（Lemery，N.1645-1715）在巴黎科學(xué)院的《報(bào)告》上也提到過(guò)它。
但是，最早把氫氣收集起來(lái)，并對(duì)它的性質(zhì)仔細(xì)加以研究的是卡文迪許。
1766年卡文迪許向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)提交了一篇研究報(bào)告《人造空氣實(shí)驗(yàn)》，講了他用鐵、鋅等與稀硫酸、稀鹽酸作用制得“易燃空氣”（即氫氣），并用普利斯特里發(fā)明的排水集氣法把它收集起來(lái)，進(jìn)行研究。他發(fā)現(xiàn)一定量的某種金屬分別與足量的各種酸作用，所產(chǎn)生的這種氣體的量是固定的，與酸的種類、濃度都無(wú)關(guān)。他還發(fā)現(xiàn)氫氣與空氣混合后點(diǎn)燃會(huì)發(fā)生爆炸；又發(fā)現(xiàn)氫氣與氧氣化合生成水，從而認(rèn)識(shí)到這種氣體和其它已知的各種氣體都不同。但是，由于他是燃素說(shuō)的虔誠(chéng)信徒，按照他的理解：這種氣體燃燒起來(lái)這么猛烈，一定富含燃素；硫磺燃燒后成為硫酸，那么硫酸中是沒(méi)有燃素的；而按照燃素說(shuō)金屬也是含燃素的。所以他認(rèn)為這種氣體是從金屬中分解出來(lái)的，而不是來(lái)自酸中。他設(shè)想金屬在酸中溶解時(shí)，“它們所含的燃素便釋放出來(lái)，形成了這種可燃空氣”。他甚至曾一度設(shè)想氫氣就是燃素，這種推測(cè)很快就得以當(dāng)時(shí)的一些杰出化學(xué)家舍勒、基爾萬(wàn)（Kirwan，R.1735-1812）等的贊同。由于把氫氣充到氣球中，氣球便會(huì)徐徐上升，這種現(xiàn)象當(dāng)時(shí)曾被一些燃素學(xué)說(shuō)的信奉者們用來(lái)作為他們“論證”燃素具有負(fù)重量的根據(jù)。但卡文迪許究竟是一位非凡的科學(xué)家，后來(lái)他弄清楚了氣球在空氣中所受浮力問(wèn)題，通過(guò)精確研究，證明氫氣是有重量的，只是比空氣輕很多。他是這樣做實(shí)驗(yàn)的：先把金屬和裝有酸的燒瓶稱重，然后將金屬投入酸中，用排水集氣法收集氫氣并測(cè)體積，再稱量反應(yīng)后燒瓶及內(nèi)裝物的總量。這樣他確定了氫氣的比重只是空氣的9%.但這些化學(xué)家仍不肯輕易放棄舊說(shuō)，鑒于氫氣燃燒后會(huì)產(chǎn)生水，于是他們改說(shuō)氫氣是燃素和水的化合物。
水的合成否定了水是元素的錯(cuò)誤觀念，在古希臘：恩培多克勒提出，宇宙間只存在火、氣、水、土四種元素，它們組成萬(wàn)物。從那時(shí)起直到18世紀(jì)70年代，人們一直認(rèn)為水是一種元素。1781年，普利斯特里將氫氣和空氣放在閉口玻璃瓶中，用電火花引爆，發(fā)現(xiàn)瓶的內(nèi)壁有露珠出現(xiàn)。同年卡文迪許也用不同比例的氫氣與空氣的混合物反復(fù)進(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)這種露滴是純凈的水，表明氫是水的一種成分。這時(shí)氧氣也已發(fā)現(xiàn)，卡文迪許又用純氧代替空氣進(jìn)行試驗(yàn)，不僅證明氫和氧化合成水，而且確認(rèn)大約2份體積的氫與1份體積的氧恰好化合成水（發(fā)表于1784年）。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果本已毫無(wú)異議地證明了水是氫和氧的化合物，而不是一種元素，但卡文迪許卻和普利斯特里一樣，仍堅(jiān)持認(rèn)為水是一種元素，氧是失去燃素的水，氫則是含有過(guò)多燃素的水。他用下式表示“易燃空氣”（氫）的燃燒：
（水+燃素）+ （水－燃素）→水
易燃空氣（氫） 失燃素空氣（氧）
1782年，拉瓦錫重復(fù)了他們的實(shí)驗(yàn)，并用紅熱的槍筒分解了水蒸氣，明確提出正確的結(jié)論：水不是元素而是氫和氧的化合物，糾正了兩千多年來(lái)把水當(dāng)做元素的錯(cuò)誤概念。1787年，他把過(guò)去稱作“易燃空氣”的這種氣體命名為“Hydrogen”（氫），意思是“產(chǎn)生水的”，并確認(rèn)它是一種元素。
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